Itämeren sedimentin ja rautamangaanisaostumien. hajottaa raakaöljyä ja naftaleenia. Suomen ympäristökeskus

Transkriptio

1 Itämeren sedimentin ja rautamangaanisaostumien bakteerien kyky hajottaa raakaöljyä ja naftaleenia Mikrokosmoskokeet Anna Reunamo, Pirjo Yli-Hemminki, Jari Nuutinen, Jouni Lehtoranta, Kirsten Jørgensen Suomen ympäristökeskus MUTKU-päivät Tampere

2 PAH-yhdisteet (polysykliset aromaattiset hiilivedyt) PAH-yhdisteet ovat raakaöljyn myrkyllisimpiä komponentteja ja niitä syntyy myös epätäydellisen palamisen seurauksena PAH-yhdisteitä esiintyy laajalti ympäristössä, mm. tervassa, kivihiiliperäisissä öljyissä, diesel- ja moottoriöljyissä, noessa, asfaltissa, bitumissa jne. Monet mikrobit pystyvät käyttämään öljyhiilivetyjä hiilen- ja energianlähteenään, myös PAH-yhdisteitä. Bakteerien PAH-yhdisteiden hajotus alkaa solunsisäisten entsyymien avulla -> PAH otettava soluun ennen hajotusprosessia PAH-yhdisteiden tiedetään hajoavan biologisesti niin hapellisissa kuin hapetomissakin olosuhteissa 2

3 3

4 PAH-yhdisteiden hajotuspotentiaalin seuraaminen AEROBINEN HAJOAMINEN PAH-RHDα-geeni koodaa PAH-rengasta hydrolysoivien dioksigenaasientsyymien α-alayksikköä; gram-positiivisille ja -negatiivisille bakteereille on kehitetty omat alukkeet (Cebron et al. 2008) Alukkeiden avulla pystytään määrittämään useita tietokannoissa olevia PAH-hajotukseen liittyviä geenejä ANAEROBINEN HAJOAMINEN bssa-geeni koodaa bentsyylisukkinaattisyntaasin α- alayksikköä, joka toimii anaerobisessa tolueenin ja ksyleenin hajotuksessa Ensimmäinen anaerobista hajotusta määrittävä molekyylibiologinen menetelmä (Beller ym. 2002) 4

5 Itämeren rauta-mangaanisaostumat Rauta-mangaanisaostumia eli konkreetioita löytyy useilta valtamerien alueilta Peittävät myös Itämeren merenpohjaa laajoilla alueilla Huokoisia, usein sisältä onttoja, muodostuvat rautaja mangaanikerroksista. Konkreetioiden mikrobeilla voi olla potentiaalia haitallisten aineiden hajotukseen Kuva: Pirjo Yli-Hemminki, SYKE 5

6 Mikrokosmoskokeet Kokeessa käytettiin itäiseltä Suomenlahdelta kerättyä sedimenttiä ja rauta-mangaanisaostumia. Koepulloihin lisättiin raakaöljyä ja/tai C14-leimattua naftaleenia. C14-leimatun naftaleenin hajoamista seurattiin kokeen ajan (75 vrk). Raakaöljyn määrää kokeen lopussa verrattiin alkupitoisuuteen. Kokeen lopuksi pulloista eristettiin DNA: PAHhajotusgeenien määrä, bakteeriyhteisöanalyysit. Tavoitteena oli selvittää Itämeren bakteerien öljynja naftaleenin hajotuskykyä niin hapellisissa kuin hapettomissa olosuhteissa 10 C:ssa. Myös ravinnelisäyksen vaikutusta hajotusnopeuteen testattiin. 6

7 Koeasetelma 10 g sedimenttiä 10 g konkreetioita 10 g sedimenttiä 10 g konkreetioita 10 g konkreetioita+sedimenttiä ravinnelisäys ravinnelisäys ravinnelisäys, autoklavointi A B C - A: sarja öljyanalyysiin kokeen 1. päivänä - B:sarja öljyanalyysiin kokeen viimeisenä (75.) päivänä - C: näytteet DNA-eristykseen - Kaikissa pulloissa: 10 ml Helsinki-vettä, ~ 3 mg raakaöljyä, 1,6 μm kylmää naftaleenia Ravinnelisäys= 50 µl 1 M NH 4 NO 3 ( 5 mm loppukons.), 50 µl 70 mm KH 2 PO 4 ( 0,35 mm loppukons.) 7

8 Koeasetelma, mineralisaatiopullot 10 g sedimenttiä 10 g konkreetioita 10 g sedimenttiä 10 g konkreetioita 10 g konkreetioita+sedimenttiä ravinnelisäys ravinnelisäys ravinnelisäys, autoklavointi Kaikissa pulloissa: 10 ml Helsinki-vettä, ~ 3 mg raakaöljyä ja kuumaa naftaleenia (~ DPM) Lisäksi kaksi kontrollipulloa: - 10 ml Helsinki vettä,10 g sedimenttiä, kuumaa naftaleenia (~ DPM) EI öljylisäystä 8

9 Menetelmät Naftaleenin mineralisaationopeuden mittaus nestetuikelaskurilla Öljy- ja PAH-analyysit kaasukromatografilla Kvantitatiivinen PCR (qpcr) PAH-hajotusgeenien määrittämiseksi (PAH-RHDα, bssa) DGGE (denaturant gradient gel electrophoresis) bakteeriyhteisöjen rakenteen selvittämiseksi Kloonaus, sekvensointi 9

10 Menetelmät, C14-naftaleenin mineralisaation mittaaminen nestetuikelaskurilla Hiilellä on kaksi pysyvää isotooppia, C-12 (98,89%) ja C-13 (1,11%). Lisäksi luonnosta löytyy pieniä määriä epävakaata C-14:ta, joka on radioaktiivinen. Kokeen mineralisaatiopulloissa käytetyssä kuumassa naftaleenissa on C14-leima Naftaleenin mineralisaation seurauksena syntynyt 14 CO 2 päätyy pulloissa olevaan pieneen lasiseen keräimeen, jossa on 1 M NaOH:ia -> mittausta varten NaOH sekoitetaan nestetuikeliuokseen 10

11 - Näytteiden mittaus nestetuikelaskurilla, joka mittaa näytteen tuottaman betasäteilyn 11

12 Alustavia tuloksia Raakaöljystä hajosi hapellisessa kokeessa 54-81% ja hapettomassa 35-61% Molemmissa kokeissa naftaleeni hajosi biologisesti PAH-hajotusgeenien kopioluku kasvoi kokeen aikana selvästi kaikissa mikrokosmoksissa Työstä kirjoitetaan julkaisu vuoden 2013 aikana. 12

13 Kiitos kuuntelijoille ja MUTKU:lle apurahasta! Muut työn rahoittajat: Suomen Kulttuurirahasto K.H. Renlundin säätiö 13